糖尿病人群自然步態(tài)下足底壓力分布研究

張建國 ，卜月麗，王 芳 ，黃玲曉，李雪梅

(1. 天津科技大學(xué)機械工程學(xué)院，天津 300222；2. 天津市輕工與食品工程機械裝備集成設(shè)計與在線監(jiān)控重點實驗室，天津 300222；3. 天津醫(yī)科大學(xué)代謝病醫(yī)院，天津 300070)

糖尿病是指以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，隨著糖尿病患者數(shù)量不斷增多，各種糖尿病并發(fā)癥患者數(shù)也相應(yīng)增加，而糖尿病足病是糖尿病最常見的并發(fā)癥之一，會導(dǎo)致患者足部發(fā)生潰爛、壞疽甚至截肢，具有發(fā)病率高、致殘率高、醫(yī)療費用高等特點，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[1]．有學(xué)者發(fā)現(xiàn)糖尿病患者的足底受壓時間較正常人延長，這可能是糖尿病患者易發(fā)生足底潰爛與壞疽的原因[2]．Lepantalo等[3]確定了足底壓力的異常升高和周圍神經(jīng)病變是導(dǎo)致糖尿病足最常見危險因素．Frykberg等[4]測量了251例糖尿病人群的足底壓力，發(fā)現(xiàn)足壓異常升高易導(dǎo)致足潰瘍的發(fā)生．國外有通過減輕足底壓力來預(yù)防糖尿病足潰瘍發(fā)生的研究，并提出使用特制的跑鞋來預(yù)防糖尿病患者因足底壓力異常造成的足潰瘍[5–6]．降低糖尿病足截肢率的關(guān)鍵在于預(yù)防足底潰瘍的發(fā)生，而預(yù)防足潰瘍的關(guān)鍵是要延緩足底壓力的異常升高，因而對于糖尿病患者足底壓力分布情況的研究具有十分重要的意義[7]．國內(nèi)學(xué)者主要研究糖尿病患者與正常受試者之間足底壓力變化情況[8]，為進一步分析異常足底壓力在糖尿病足病變過程中的影響，本研究細(xì)化了研究對象，旨在探討健康人、糖尿病非足病患者、糖尿病足病患者在自然行走步態(tài)下足底壓力分布特點及差異性，通過實驗數(shù)據(jù)分析，為糖尿病足的臨床預(yù)防與治療以及為糖尿病足減壓鞋的設(shè)計與研發(fā)提供實驗依據(jù)與數(shù)據(jù)參考．

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究招募了 115名患者：83名糖尿病非足病患者(diabetes mellitus，DM)，32名糖尿病足病患者(diabetic foot，DF)．受試者均自愿參加此次實驗，且對此研究知情、同意，并簽署知情同意書．參與實驗的糖尿病患者在穩(wěn)定代謝控制下均診斷為糖尿病.所有受試者的納入標(biāo)準(zhǔn)：①下肢無嚴(yán)重行走功能障礙者；②無嚴(yán)重足部骨性畸形者；③精神狀態(tài)良好能積極配合者．另外，55名正常健康志愿者(normal control，NC)作為匹配對照組參與了本研究．

1.2 研究方法

本實驗采用了美國T&T medilogic 5.8.1鞋墊式足底壓力檢測系統(tǒng)，鞋墊內(nèi)有覆蓋整個足部的240個傳感器，傳感器可以完整記錄足部動態(tài)和靜態(tài)壓力分布情況．

實驗對受試者的基本信息進行采集，并計算了受試對象身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)．本實驗配備統(tǒng)一的平底布鞋和襪子，受試者以自然步態(tài)行走 10m 距離，通過該系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)．研究將足底分為 10個足區(qū)，分別是足跟外側(cè)(HL)、足跟中部(HC)、足跟內(nèi)側(cè)(HM)、中足區(qū)(MF)、第 1—5趾骨(M1—M5)以及腳趾區(qū)(T)．本研究在黃玲曉[9]研究基礎(chǔ)上對受試者足部沖量百分比、峰值壓力、包絡(luò)壓力中心點95%橢圓置信面積等參數(shù)進行分析研究．

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

本研究中，用 SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析，將數(shù)據(jù)進行 z-score標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，用 Dunnet法進行顯著性檢驗，當(dāng) P＜0.05時，表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義．

2 結(jié)果與分析

2.1 受試對象基本情況比較

受試對象基本情況見表 1．分析顯示，受試者年齡之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)．DM、DF組的BMI較 NC組有所升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，認(rèn)為可能是糖尿病患者本身長期的日常生活環(huán)境與飲食習(xí)慣等綜合因素造成的，是糖尿病患者群體的普遍特征．

表1 受試對象基本情況()Tab. 1 Basic information of the subjects()

表1 受試對象基本情況()Tab. 1 Basic information of the subjects()

注：*表示DM、DF組與NC組比較，P＜0.05．

分組 性別 例數(shù) 年齡 BMI NC 女 33 54.95±17.28 22.93±2.51*男 22 57.95±19.44 23.93±2.61*DM 女 34 61.50±8.930 27.11±3.82*男 49 57.50±13.41 26.46±3.06*DF 女 10 59.20±6.750 25.12±2.91*男 22 58.78±13.50 26.81±3.49*

2.2 各足區(qū)沖量百分比的組間差異分析

足底各區(qū)域沖量百分比情況見表 2、表 3．足部10個區(qū)域的沖量百分比的變化位置如圖 1所示(紅色表示與NC組相比DM/DF沖量百分比升高，綠色表示降低)．與NC組相比，DM組男性左足HL區(qū)的沖量百分比有所減?。荒行宰笞?M2—M4區(qū)、T區(qū)，右足 M2、M3區(qū)，女性左足 M1—M5區(qū)，右足 M1—M3區(qū)的沖量百分比有所增大，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)．與 NC 組相比，DF組男性左足 HC、HL區(qū)，右足 HM、HL區(qū)，女性左足和右足 HC、HL區(qū)的沖量百分比有所減?。荒行宰笞鉓F、M2—M4區(qū)，右足 MF、M2、M3區(qū)，女性左足 MF、M1—M3區(qū)，右足MF、M2—M4、T區(qū)的沖量百分比有所增大，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)．與 DM 組相比，DF組男性左足和右足、女性左足和右足的沖量百分比均在MF區(qū)有所增大，增幅在 50%～110%，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)．其余區(qū)域的沖量百分比組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)．

表2 各組左足足底各區(qū)域沖量百分比情況()Tab. 2 Percentage of impulses of the left foot in each group()

注：*表示DM、DF組與NC組比較，P＜0.05；△表示DF組與DM組比較，P＜0.05．

分組 HM HC HL MF M1 M2 M3 M4 M5 T沖量百分比/%NC 女 23.9±5.3 15.3±3.1 37.8±6.0 4.7±2.5 3.3±3.1 2.7±2.0 2.3±1.2 2.7±1.1 4.0±2.3 3.3±2.9男 23.8±6.1 13.0±3.8 32.9±10.8 5.1±3.2 6.2±5.8 4.1±3.8 2.6±1.8 3.9±1.9 5.7±3.1 2.8±2.5 DM 女 23.3±4.9 12.9±2.8 33.2±6.92 5.01±1.8 5.6±3.2* 4.5±2.2* 3.2±1.4* 3.7±1.4* 5.8±2.6* 2.7±2.1男 21.0±5.4 9.5±3.0* 27.9±7.2 5.7±3.3 8.0±4.9 6.2±3.4 4.3±1.8* 5.1±1.7* 7.4±3.2 4.9±3.9*DF 女 22.6±7.7 12.0±3.4* 29.0±6.7* 8.6±5.7*△ 5.8±3.9* 5.7±3.8* 3.7±1.8* 3.5±1.2 5.8±2.9 3.3±3.1男 20.1±7.9 10.0±4.3* 23.3±7.8* 11.7±12.8*△ 6.9±4.5 7.5±4.6* 4.6±2.5* 5.2±2.4* 7.1±3.9 3.5±2.9

表3 各組右足足底各區(qū)域沖量百分比情況()Tab. 3 Percentage of impulse of the right foot in each group()

表3 各組右足足底各區(qū)域沖量百分比情況()Tab. 3 Percentage of impulse of the right foot in each group()

注：*表示DM、DF組與NC組比較，P＜0.05；△表示DF組與DM組比較，P＜0.05．

分組 HM HC HL MF M1 M2 M3 M4 M5 T沖量百分比/%NC 女 25.5±8.7 11.0±3.7 25.4±8.2 7.7±3.1 6.4±4.1* 6.9±4.0* 2.5±1.9 2.9±1.5 5.6±3.2 3.5±2.3男 26.2±6.7 11.2±3.9 28.2±11.1 8.2±4.7 5.3±3.5 4.1±2.6 2.8±1.6 3.6±1.6 7.3±3.1 3.3±2.4 DM 女 24.1±6.8 11.0±3.7 25.4±8.2 7.7±3.1 6.4±4.1* 6.9±4.0* 3.9±1.6* 3.7±1.4 7.0±3.4 3.8±1.9男 22.6±5.3 8.5±3.0 22.9±7.3 8.3±3.8 8.0±4.8 6.9±3.4* 4.4±1.8* 4.8±1.6 9.1±3.7 4.5±2.1 DF 女 23.9±3.9 8.5±3.2* 19.6±9.6* 13.3±6.4*△ 6.6±4.4 7.7±3.0* 4.7±2* 3.9±1* 6.2±2.4 5.4±2.9*男 21.5±7.3 9.2±4.7 20.5±8.9* 12.4±6.8*△ 7.4±7.9 7.9±6.3* 4.4±2* 4.4±2.4 7.4±4.2 4.9±4.8

圖1 足部10個區(qū)域的沖量百分比的變化位置Fig. 1 Position change of the impulse percentage of the tenth zone of the foot

2.3 各足區(qū)峰值壓力的組間差異分析

各組足底各區(qū)域峰值壓力情況見表 4、表 5，各組在差異性顯著足區(qū)峰值壓力變化情況見圖 2．與NC 組相比，DM 組男性左足 M1—M5、T區(qū)，右足M1-M4、T區(qū)，女性左足 M1—M5區(qū)，右足在 M1—M4區(qū)的峰值壓力有所升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)．與 NC組相比，DF組男性左足 MF、M2—M5區(qū)，右足 MF、M2、M3區(qū)，女性左足 MF、M1—M5區(qū)，右足 MF、M1—M4、T區(qū)的峰值壓力有所升高，而女性右足HL區(qū)峰值壓力有所降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)．與DM 組相比，DF組男性左足和右足、女性左足和右足的峰值壓力均在 MF區(qū)有所升高，增幅在 70%～115%，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)．其余區(qū)域的峰值壓力組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)．

表4 各組左足足底各區(qū)域峰值壓力情況()Tab. 4 Peak pressure in each area of the left foot()

表4 各組左足足底各區(qū)域峰值壓力情況()Tab. 4 Peak pressure in each area of the left foot()

注：*表示DM、DF組與NC組比較，P＜0.05；△表示DF組與DM組比較，P＜0.05．

DF 女 204.5±70 106.3±24 258.1±43 90.9±75*△ 88.1±79* 87.2±59* 52.1±34* 42.8±24* 65.2±34* 49.2±52男 265.8±133 131.4±70 296.5±127 144.6±136*△ 131.3±119 144.1±109* 88.6±65* 89.5±61* 109.6±71* 70.6±72

表5 各組右足足底各區(qū)域峰值壓力情況()Tab. 5 Peak pressure in each area of the right foot()

表5 各組右足足底各區(qū)域峰值壓力情況()Tab. 5 Peak pressure in each area of the right foot()

注：*表示DM、DF組與NC組比較，P＜0.05；△表示DF組與DM組比較，P＜0.05．

分組 HM HC HL MF M1 M2 M3 M4 M5 T峰值壓力/N NC 女 185.2±78 94.8±35 227.9±73 62.8±35 44.9±42 48.5±72 28.5±30 25.9±18 48.9±34 35.5±26男 266.9±102 111.6±65 275.3±153 78.3±43 71.9±49 66.4±46 39.1±25 39.1±19 73.3±39 52.7±44 DM 女 213±77 96.1±39 217.4±82 73.4±31 96±73* 119.3±81* 58.9±33* 46.5±23* 87.2±59* 59.2±36男 256.7±69 95.2±37 250.8±93 84.6±44 164.6±118* 139.9±82* 77.8±45* 70.2±39* 109.3±55 89.9±52*DF 女 233.2±85 79.8±39 172.9±91* 124.7±69*△ 108.2±76* 132.8±98* 64.3±43* 48.7±24* 78.9±49 94.2±61*男 265.9±93 109.6±60 240.6±114 148.5±87*△ 126.3±108 132.9±99* 72.1±50* 64.4±43 98.2±66 88.8±103

圖2 各組在差異性顯著足區(qū)峰值壓力變化情況Fig. 2 Group peak pressure changes in the foot zone with significant differences

2.4 各組包絡(luò)壓力中心點95%橢圓置信面積的比較

各組包絡(luò)壓力中心點 95%橢圓置信面積統(tǒng)計結(jié)果見表6．NC組與DF組、DM組與DF組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，表現(xiàn)為 NC組＞DM 組＞DF組．

表6 各組包絡(luò)壓力中心點95%橢圓置信面積統(tǒng)計結(jié)果Tab. 6 Statistical results of 95% confidence ellipse of the center pressure

3 討 論

沖量指的是壓力-時間積分，反映的是某足區(qū)在一定時間內(nèi)壓力連續(xù)作用所產(chǎn)生的積累效應(yīng)[10]．有相關(guān)研究[11]表明，在評價足底所承受壓力負(fù)荷時，沖量較單純的峰值壓力更有說服力．本研究結(jié)果顯示，與NC組相比，DM組、DF組前足的沖量百分比主要在M2—M5區(qū)有所增大，集中表現(xiàn)在M2、M3區(qū)，多數(shù)足區(qū)增幅在 50%～80%，有的足區(qū)高達(dá) 130%．與NC組相比，DF組足跟的沖量百分比在HC、HL等足區(qū)降幅在 15%～30%．當(dāng)患者發(fā)展到足病以后，足底壓力向中足區(qū)轉(zhuǎn)移．

自然行走步態(tài)下糖尿病患者足底沖量百分比在足跟部位顯著減小，在跖骨部位尤其是第二、三跖骨區(qū)顯著增大．有研究[12]表明，糖尿病潰瘍患者在腳趾區(qū)和中足區(qū)的壓力-時間積分顯著高于健康人和非潰瘍患者．這與本研究DF組的沖量百分比在MF區(qū)高于 DM 組、NC組的結(jié)論一致，其他觀點因為對比分析的人群分組不同產(chǎn)生了一定的差異．Kwon等[13]研究發(fā)現(xiàn)，如果糖尿病患者前腳掌的足壓力升高并在時間維度上長期積累，會導(dǎo)致患者足部感覺缺失，易出現(xiàn)炎癥和感染，進而導(dǎo)致潰瘍．

峰值壓力是反映足底壓力分布的重要指標(biāo)，其大小和部位對于足部疲勞的積累和損傷的發(fā)生具有重要影響[14]．本研究表明：三組峰值壓力存在顯著性差異的足區(qū)主要集中在前足M1—M5區(qū)、T區(qū)等，表現(xiàn)為 DM 組、DF組較 NC組峰值壓力均顯著升高．跖骨區(qū)是壓力主要升高的部位，升高百分比多數(shù)在60%～100%，有的足區(qū)高達(dá) 140%，表明糖尿病患者峰值壓力向前腳掌的趾骨部位轉(zhuǎn)移．相關(guān)學(xué)者的研究也證明了這一點，Hastings等[15]研究表明，壓力性潰瘍更易發(fā)生在前足部位跖骨區(qū)．李世光等[16]測量了糖尿病神經(jīng)病變患者與健康受試者的足底壓力，發(fā)現(xiàn)患者組的足底峰值壓力在第 2、3、5跖骨區(qū)明顯高于健康組．Ledoux等[17]研究發(fā)現(xiàn)跖骨部位易發(fā)生潰瘍與該區(qū)域壓力異常升高有關(guān)．

本研究中，DM組與DF組存在顯著性差異的足區(qū)主要在 MF足區(qū)，這與張勇等[12]研究發(fā)現(xiàn)足潰瘍患者的峰值壓強在 MF區(qū)顯著高于非潰瘍患者的結(jié)論具有一致性．由于糖尿病足患者的跖骨區(qū)壓力異常升高，發(fā)生潰瘍，患者在行走過程中為減少疼痛和緩解潰瘍，有意避開發(fā)生潰瘍的跖骨部位使之免于受壓，如此壓力便向中足區(qū)轉(zhuǎn)移，久而久之，DF組相較于DM組足底峰值壓力在MF區(qū)顯著升高[18]．

本研究通過包絡(luò)壓力中心點 95%橢圓置信面積評價受試者在自然步態(tài)下身體的搖擺幅度與靈活性.這一參數(shù)廣泛用來評價受試對象完成某一實驗動作過程中身體的晃動幅度，一般情況下，橢圓面積與身體動作幅度呈正相關(guān)．本研究表明，包絡(luò)壓力中心點95%橢圓置信面積變化趨勢為 NC組＞DM 組＞DF組，其中DF組與其他兩組有差異性且下降趨勢更加明顯，發(fā)生這種變化的原因是糖尿病限制了患者的行走動作，使靈活性大大降低．

4 結(jié) 語

糖尿病患者在自然行走過程中，足底沖量百分比與足底峰值壓力明顯向前足跖骨部位轉(zhuǎn)移，糖尿病足患者又向中足區(qū)轉(zhuǎn)移，且行走時身體穩(wěn)定性降低．因此，在糖尿病足的臨床預(yù)防與治療中，應(yīng)著重對跖骨部位進行減壓干預(yù)，降低糖尿病患者足部潰瘍、壞疽等癥狀的發(fā)生概率．